Calcular masa transformada mediante carga eléctrica y explicar qué información adicional exige una electrólisis real.
Míralo en un dibujo
La secuencia Q=I·t, n(e⁻)=Q/F y n(metal)=n(e⁻)/z relaciona corriente, tiempo y depósito. La masa es M·I·t/(zF) si el rendimiento de corriente es 100%.
Antes de seguir: ¿Qué dato estequiométrico no debes olvidar al calcular metal depositado?
Comprueba tu razonamiento
El número z de electrones necesarios por ion. Por ejemplo, Cu²⁺ requiere dos.
Antes de empezar
Necesitas manejar: Números de oxidación; Ajuste; Moles y energía.
Escribe en papel tu respuesta a esta pregunta antes de desplegarla.
¿Faraday?
Carga por mol de electrones: aproximadamente 96485 C/mol.
En un minuto
- Carga por mol de electrones: aproximadamente 96485 C/mol.
- Electrones necesarios por unidad de especie transformada.
- Oxidación; normalmente positivo respecto de la fuente.
- No: hay reacciones competidoras y condiciones que considerar.
Entiende la idea
El concepto
La electrólisis utiliza una fuente externa para impulsar una transformación electroquímica no favorable en el sentido pretendido bajo las condiciones consideradas. La oxidación sigue ocurriendo en el ánodo y la reducción en el cátodo. En una celda electrolítica alimentada, el ánodo es positivo y el cátodo negativo respecto de la fuente, a diferencia de la pila galvánica habitual.
La cantidad transformada se relaciona con la carga Q=I·t. La constante de Faraday expresa carga por mol de electrones. Dividiendo Q entre F se obtienen moles de electrones; después se aplica la estequiometría de la semirreacción para obtener moles de sustancia. El valor z es el número de electrones por unidad de especie transformada, no el número de átomos de la fórmula.
Cómo utilizarlo sin errores
Una eficiencia de corriente menor que el cien por cien indica que no toda la carga produce la transformación deseada. La masa útil se multiplica por esa fracción, o la carga requerida se divide entre ella cuando se fija una masa objetivo. No hay que introducir la eficiencia dos veces. Los tiempos se convierten a segundos si I se expresa en amperios.
Predecir productos en una disolución acuosa requiere considerar competencia con agua, material de electrodos, concentraciones y sobrepotenciales. No se puede afirmar que cualquier catión se deposita como metal simplemente porque aparece en la fórmula del soluto. Los ejercicios siguientes especifican una semirreacción ideal y un rendimiento; son problemas de cálculo, no instrucciones de montaje ni de producción de sustancias.
Fórmulas y condiciones de uso
Lee las condiciones junto con cada expresión. Una fórmula sin sus hipótesis puede dar un resultado incorrecto.
Consultar la notación textual original
Q=I·t. n(e⁻)=Q/F. Para Mᶻ⁺+ze⁻→M: m=M·I·t/(zF), con eficiencia del 100 %. m útil=η·m ideal.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1 · Se supone deposición exclusiva Cu²⁺+2e⁻→Cu con I=2,00 A durante 965 s. Usa F=96485 C/mol y M(Cu)=63,5 g/mol.
- Q=2,00·965=1930 C.
- n(e⁻)=1930/96485≈0,0200031 mol; n(Cu)=n(e⁻)/2≈0,0100016 mol.
- m≈0,63510 g. Si la eficiencia de corriente fuese 80 %, la masa útil sería 0,50808 g, manteniendo los otros datos.
Ejemplo 2 · Para Ag⁺+e⁻→Ag, calcula la masa ideal con Q=9648,5 C, F=96485 C/mol y M(Ag)=107,9 g/mol.
- n(e⁻)=9648,5/96485=0,100 mol.
- Como z=1, se depositan 0,100 mol de Ag.
- m=0,100·107,9=10,79 g. La misma carga produciría la mitad de moles de un metal cuyo ion requiriese dos electrones.
Practica antes de mirar la solución
Práctica 1 · Una corriente de 0,50 A circula 2,0 h. Calcula Q.
Primera ayuda
Convierte horas a segundos.
Ver solución razonada
t=7200 s; Q=0,50·7200=3600 C.
Práctica 2 · Se desea transformar 0,010 mol de M³⁺ en M, idealmente. ¿Qué carga se necesita con F=96485 C/mol?
Primera ayuda
Cada mol de metal requiere tres de electrones.
Ver solución razonada
n(e⁻)=0,030 mol; Q=0,030·96485=2894,55 C. Con eficiencia 90 %, la carga suministrada sería 2894,55/0,90≈3216,17 C.
Práctica 3 · ¿Una disolución acuosa de una sal de sodio garantiza depósito de sodio metálico al aplicar corriente?
Primera ayuda
Considera la competencia del agua.
Ver solución razonada
No. Deben analizarse las reacciones posibles del agua y las condiciones electroquímicas; no se predicen los productos solo por la presencia de Na⁺.
El error que debes evitar
No usar horas sin convertir. No confundir moles de electrones y de metal. No aplicar η dos veces. No deducir productos reales sin analizar agua y electrodos.
Comprueba lo aprendido
Autoevaluación formativa: no es una nota oficial ni un examen vigilado.
En Q=It, con I en amperios, t debe estar en…
Solución y explicación
Respuesta: Segundos. A=C/s.
Para M²⁺+2e⁻→M, un mol de M necesita…
Solución y explicación
Respuesta: Dos moles de electrones. La semirreacción fija z=2.
Con igual carga y eficiencia 80 %, la masa deseada es…
Solución y explicación
Respuesta: 80 % de la ideal. Se multiplica por η=0,80.
Recupera las ideas de memoria
Antes de revelar cada respuesta, di la tuya en voz alta o escríbela. Marca si la recordabas para programar el siguiente repaso.
¿Faraday?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
Carga por mol de electrones: aproximadamente 96485 C/mol.
Intenta responder antes de mirar.
¿Qué significa z en Faraday?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
Electrones necesarios por unidad de especie transformada.
Intenta responder antes de mirar.
¿Ánodo electrolítico?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
Oxidación; normalmente positivo respecto de la fuente.
Intenta responder antes de mirar.
¿Productos acuosos automáticos?
Ya lo he intentado: revelar respuesta
No: hay reacciones competidoras y condiciones que considerar.
Intenta responder antes de mirar.
Explícalo y llévalo a otro problema
Compara, para igual carga ideal, los moles obtenidos de Ag⁺, Cu²⁺ y Al³⁺ suponiendo en cada caso una semirreacción especificada y realizable en su medio correspondiente.
Cierre en papel: explica el procedimiento, anota una condición de validez y vuelve a resolver un ejercicio que te haya costado sin consultar sus pasos.
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Fuentes y revisión editorial
Material de elaboración propia con asistencia de IA. Revisión docente final pendiente. La comprobación técnica no certifica la adaptación a una convocatoria concreta de PAU.